Los cúmulos de agujeros negros primordiales se desgarran en la Galaxia, complicando la búsqueda de materia oscura
Fecha: 14 de julio de 2026
Imagen destacada: [Impresión artística de un cúmulo de agujeros negros primordiales en el halo de la Vía Láctea; crédito: NASA/JPL-Caltech]
Si la materia oscura está hecha de diminutos agujeros negros formados en los primeros instantes después del Big Bang, probablemente no permanecieron en densos cúmulos por mucho tiempo. Un nuevo estudio del Instituto de Física Lebedev en Moscú muestra que los cúmulos de agujeros negros primordiales se desgarran constantemente por encuentros gravitacionales mientras orbitan la Vía Láctea, dispersando agujeros negros individuales por el halo galáctico.
El hallazgo, enviado a arXiv el 10 de julio, tiene consecuencias directas sobre cómo los astrónomos buscan agujeros negros primordiales mediante microlentes gravitacionales. El atractivo de la formación de cúmulos era que podría ayudar a los agujeros negros primordiales a evadir los límites existentes de microlentes al producir curvas de luz complejas que los telescopios de sondeo no pueden identificar fácilmente. Los nuevos resultados muestran que esta evasión es solo parcial.
“El atractivo original de la formación de cúmulos como una forma de evadir los límites de microlentes por lo tanto solo se realiza parcialmente”, escriben los autores. “Una fracción sustancial de la población de cúmulos del halo interno se desintegra durante la vida de la galaxia, independientemente de la masa inicial del cúmulo”.
Cómo se rompen los cúmulos
El estudio, dirigido por M.V. Tkachev y S.V. Pilipenko, combina simulaciones cosmológicas de N-cuerpos con 72 simulaciones dedicadas de colisiones binarias para rastrear el destino de los cúmulos de agujeros negros primordiales desde el corrimiento al rojo 9 hasta el presente. Simulan cúmulos de dos masas: 1 millón de masas solares, que contienen aproximadamente 33.000 agujeros negros individuales de 30 masas solares cada uno, y 10 millones de masas solares, que contienen aproximadamente 330.000 agujeros negros.
El mecanismo de desintegración es acumulativo. Cada vez que un cúmulo pasa cerca de otro cúmulo, una pequeña fracción de sus agujeros negros miembros son arrancados. Los encuentros individuales son débiles, expulsando típicamente menos del 1 por ciento de la masa de un cúmulo por evento. Pero a lo largo de 13.800 millones de años, los impactos se acumulan.
A la distancia del Sol desde el centro galáctico, un cúmulo de 1 millón de masas solares retiene aproximadamente el 50 por ciento de su masa original en el presente. Un cúmulo de 10 millones de masas solares retiene solo el 4 por ciento, porque los cúmulos más grandes presentan un objetivo gravitacional mayor y chocan con más frecuencia.
La mitad de la pérdida total de masa ocurre antes del corrimiento al rojo 2, durante las primeras fases frías del ensamblaje galáctico, un canal que las estimaciones analíticas estándar de corrimiento al rojo cero pasan por alto por completo.
Lo que esto significa para la búsqueda de materia oscura
La fracción lisa superviviente de agujeros negros primordiales, medida hacia las Nubes de Magallanes Grande y Pequeña, es de aproximadamente el 49 por ciento para el tamaño de cúmulo más pequeño y más del 90 por ciento para el más grande. Esos agujeros negros libres están sujetos a los límites estándar de microlentes de lente puntual de sondeos como OGLE, EROS, MACHO y el Subaru Hyper Suprime-Cam.
El artículo enfatiza que los nuevos análisis de datos de sondeos de microlentes deben adoptar una fracción lisa que varíe radialmente en lugar de tratar los cúmulos como lentes estáticas. Una población que es 90 por ciento lisa en el halo interno (donde miran la mayoría de los sondeos) no está evadiendo significativamente la detección.
Los resultados son consistentes con un artículo complementario de Toshchenko y sus colegas de abril de 2026, que encontró que hasta el 93 por ciento de la materia oscura de agujeros negros primordiales en cúmulos podría evadir la detección por microlentes debido a curvas de luz complejas, pero que una población significativa de agujeros negros aislados permanece, lo que significa que las restricciones no se eliminan por completo.
Conexiones con ondas gravitacionales
El desprendimiento de agujeros negros primordiales de los cúmulos en objetos aislados también afecta las tasas de formación binaria y la dinámica de fusiones. El trabajo previo del mismo grupo mostró que las tasas de fusión binaria de agujeros negros primordiales podrían incrementarse por un factor de 6 a 8 debido a los efectos de formación de cúmulos, lo que implicaría una abundancia menor de agujeros negros primordiales necesaria para explicar la tasa de fusión observada por LIGO y Virgo.
Trabajos anteriores del grupo también mostraron que incluso una diminuta fracción de agujeros negros primordiales de una parte en 10.000 conduce a una fuerte concentración en los centros de las galaxias enanas, ajustando las restricciones astrofísicas en dos órdenes de magnitud.
El artículo no resuelve si los agujeros negros primordiales constituyen la materia oscura, pero afina la pregunta. Los futuros sondeos de microlentes deberán considerar una población mixta de agujeros negros primordiales agrupados y lisos, con la fracción lisa variando según la ubicación en la galaxia. La respuesta a si la materia oscura está hecha de agujeros negros dependerá de lograr esa distribución radial correcta.
Traducido por Alessandra